对拓扑量子计算机进行预筛选和调整异质结的制作方法

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术对拓扑量子计算机进行预筛选和调整异质结背景技术：1.量子计算机是一种物理机器，被配置为基于量子力学现象或受其影响来执行逻辑运算。这样的逻辑运算可以包括例如数学计算。当前对量子计算机技术的兴趣源于分析表明，当应用于特定类型的问题时，适当配置的量子计算机的计算效率可能超过任何实用的非量子计算机。这些问题包括应用于线性方程组和机器学习系统的自然和合成量子系统的计算机建模、整数分解、数据搜索和函数优化。此外，据预测，传统计算机逻辑结构的持续小型化最终将导致表现出量子效应的纳米级逻辑组件的发展，因此必须根据量子计算原理被解决。2.不同类型的量子计算机的运算基于不同的量子力学现象。“拓扑”量子计算机是一种量子计算机，该量子计算机的运算基于可能支持“可交织”准粒子的物质的非阿贝尔拓扑相。这种类型的量子计算机预计比其他类型的量子计算机更不容易出现量子退相干问题，因此可以作为一个相对容错的量子计算平台。技术实现要素：3.本公开的一方面涉及一种评估用于拓扑量子计算机的量子位寄存器中的半导体-超导体异质结的方法。所述方法包括：测量所述半导体-超导体异质结的射频(rf)结导纳，以获得映射数据，以及通过对所述映射数据的分析来查找与所述半导体-超导体异质结的完整拓扑相一致的参数空间的一个或多个区域。所述方法还包括：在所述参数空间的所述一个或多个区域中的每个区域中测量包括所述半导体-超导体异质结的非局部电导的亚rf电导，以获得细化数据，并且通过对所述细化数据的分析，来针对所述参数空间的所述一个或多个区域中的至少一个区域查找所述完整拓扑相在所述参数空间中的边界和所述半导体-超导体异质结的拓扑间隙。4.提供本发明内容以简化形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念选择。本发明内容并非旨在识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。要求保护的主题不限于解决在本公开的任何部分中指出的任何缺点或所有缺点的实现。附图说明5.图1示出了示例量子计算机的方面。6.图2示出了以图形方式表示量子计算机的一个量子位的量子状态的布洛赫球体。7.图3示出了用于在量子计算机中实现量子门运算的示例信号波形的方面。8.图4示出了包括线性特普(tetron)阵列的示例量子位架构的方面。9.图5示出了根据本文方法评估的示例半导体-超导体异质结装置的方面。10.图6示出了评估用于拓扑量子计算机的量子位寄存器的半导体-超导体异质结的示例方法的方面。11.图7示出了示例射频(rf)反射计测试电路的方面。12.图8示出了测量半导体-超导体异质结的rf结导纳的示例方法的方面。13.图9示出了通过分析来自图8的方法的数据来查找参数空间的区域与半导体-超导体异质结的完整拓扑相一致的示例方法的方面。14.图10示出了根据图1的方法分析映射数据的方面。15.图11示出了示例亚rf电导测试电路的方面。16.图12示出了测量半导体-超导体异质结的亚rf电导的示例方法的方面。17.图13示出了通过分析来自图12的方法的数据来查找完整拓扑相在参数空间中的边界和半导体-超导体异质结的拓扑间隙的示例方法的方面。18.图14示出了根据图13的方法来分析细化数据的方面。19.图15示出了半导体-超导体异质结的1d模型中半导体线右端的平滑电位的影响。20.图16示出了半导体-超导体异质结的1d模型中半导体线中心的平滑电位的影响。21.图17示出了在半导体线中心具有潜在凸块的半导体-超导体异质结的1d模型的场/柱塞参数空间上的数据分析结果。22.图18示出了对半导体-超导体异质结的强无序1d模型的场/柱塞参数空间的数据分析结果。23.图19示出了被配置为评估用于拓扑量子计算机的量子位寄存器的半导体-超导体异质结的示例仪器的方面。24.图20示出了用于构建拓扑量子计算机的示例方法的方面。具体实施方式25.量子计算机体系结构26.图1示出了配置为执行量子逻辑运算的示例量子计算机10的方面(见下文)。传统计算机存储器将数字数据保存在位阵列中并执行逐位逻辑运算，而量子计算机将数据保存在量子位阵列中并在量子位上进行量子力学运算以实现所需的逻辑。因此，图1的量子计算机10包括至少一个包含量子位14阵列的量子位寄存器12。图示的量子位寄存器长度为8个量子位；还设想了包括更长和更短的量子位阵列的量子位寄存器，以及包括两个或更多个任意长度的量子位寄存器的量子计算机。27.量子位寄存器12的量子位14可以采取各种形式，这取决于量子计算机10的所需架构。虽然本公开涉及实现为非阿贝尔拓扑相中的准粒子的量子位，但一个量子位可选地可以包括以下项作为非限制性示例：超导约瑟夫森结、捕获离子、耦合到高精细腔的捕获原子、限制在富勒烯内的原子或分子、限制在主晶格内的离子或中性掺杂剂原子、显示离散空间或自旋电子状态的量子点、通过静电阱夹带的半导体结中的电子空穴、耦合的量子线对、可通过磁共振寻址的原子核、氦中的自由电子、分子磁体或类金属碳纳米球。更一般地，每个量子位14可以包括可以存在于两个或更多个离散量子态中的任何粒子或粒子系统，这些离散量子态可以通过实验被测量和操纵。例如，一个量子位可以在与通过线性光学元件(例如，镜子、分束器和移相器)的不同光传播模式对应的多个处理状态以及在玻色-爱因斯坦凝聚体中累积的状态中实现。28.图2是布洛赫球16的示图，它提供了单个量子位14的一些量子力学方面的图形描述。在该描述中，布洛赫球的北极和南极对应与标准基向量|0》和|1》分别对应。布洛赫球表面上的点集包括量子位所有可能的纯态|ψ》，而内部点对应与所有可能的混合态对应。给定量子位的混合态可能是由退相干引起的，所述退相干可能是由于与外部自由度的不良耦合而发生的。29.现在回到图1，量子计算机10包括控制器18a。控制器包括至少一个处理器20a和相关联的计算机存储器22a。控制器18a的处理器20a可以可操作地耦合到外围组件(诸如网络组件)，以使量子计算机能够被远程操作。控制器18a的处理器20a可以采取中央处理器(cpu)、图形处理单元(gpu)等的形式。因此，控制器可以包括传统的电子元件。术语“经典”和“非量子”在此适用于任何可以精确建模为全体粒子的组件，而无需考虑任何单个粒子的量子态。例如，经典电子元件包括集成的微光刻晶体管、电阻器和电容器。计算机存储器22a可以被配置为保存使处理器20a执行控制器的任何功能或处理的程序指令24a。计算机存储器还可以被配置为保存附加数据26a。在量子位寄存器12是低温或超低温装置的示例中，控制器18a可以包括可在低温或超低温下运行的控制组件——例如，以77k运行的现场可编程门阵列(fpga)。在这样的示例中，低温控制组件可以可操作地耦合到可在常温下运行的接口组件。30.量子计算机10的控制器18a被配置为接收多个输入28并提供多个输出30。输入和输出可以各自包括数字和/或模拟线路。至少一些输入和输出可以是数据线，通过这些数据线将数据提供给量子计算机和/或从量子计算机中提取数据。其他输入可以包括控制线，通过这些控制线可以调整或控制量子计算机的运算。31.控制器18a通过量子接口32可操作地耦合到量子位寄存器12。量子接口被配置为与控制器双向交换数据。量子接口还被配置为与量子位寄存器双向交换与数据对应的信号。取决于量子计算机10的架构，这种信号可以包括电信号、磁信号和/或光信号。如由量子位14阵列的集体量子态所定义的，经由通过量子接口传送的信号，控制器可以询问并以其他方式影响保持在量子位寄存器中的量子态。为此，量子接口包括至少一个调制器34和至少一个解调器36，每个都可操作地耦合到量子位寄存器的一个或多个量子位。每个调制器被配置为基于从控制器接收的调制数据向量子位寄存器输出信号。每个解调器被配置为感测来自量子位寄存器的信号并基于该信号向控制器输出数据。在一些示例中，从解调器接收的数据可以是对保持在量子位寄存器中的量子态的测量的可观测的估计。32.在一些示例中，来自调制器34的适当配置的信号可以与量子位寄存器12的一个或多个量子位14物理交互以触发对一个或多个量子位中保持的量子态的测量。解调器36然后可以感测由一个或多个量子位根据测量释放的结果信号，并且可以将与结果信号对应的数据提供给控制器18a。换言之，解调器可以被配置为基于接收到的信号来输出反映量子位寄存器的一个或多个量子位的量子态的一个或多个可观察量的估计，并将该估计提供给控制器。在一个非限制性示例中，调制器可以基于来自控制器的数据向一个或多个量子位的电极提供适当的电压脉冲或脉冲序列以启动测量。简而言之，解调器可以感测来自一个或多个量子位的光子发射，并且可以将量子接口线上的相应数字电压电平生效到控制器中。一般来说，量子力学状态的任何测量都是由与将被测量的可观测量对应的算子o定义的；测量的结果r保证是o的允许特征值之一。在量子计算机10中，r在统计上与测量之前的量子位寄存器状态相关，但不是由量子位寄存器状态唯一确定。33.根据来自控制器18a的适当输入，量子接口32可以被配置为实现一个或多个量子逻辑门以对保存在量子位寄存器12中的量子态进行操作。而经典计算机系统的每种类型的逻辑门的功能是根据相应的真值表被描述的，而每种类型的量子门的功能是由相应的算子矩阵被描述的。算子矩阵对表示量子位寄存器状态的复向量进行运算(即，相乘)，并影响该向量在希尔伯特空间中的指定旋转。34.例如，阿达玛门had被定义为[0035][0036]had门作用于单个量子位；它将基础状态|0》映射到had门作用于单个量子位；它将基础状态|0》映射到并将|1》映射到相应地，当测量时had门创建显示|0》或|1》的概率相等的状态叠加。[0037]相位门s被定义为[0038][0039]s门保持基础状态|0》不变，但将|1》映射到eiπ/2|1》。因此，该门不会改变测量|0》或|1》的概率，但量子位的量子态的相位会发生偏移。这相当于将ψ在图2的布洛赫球上沿纬度圆旋转90度。[0040]一些量子门在两个或更多个量子位上运行。例如，swap门作用于两个不同的量子位并交换它们的值。这个门被定义为[0041][0042]上述量子门和相关算子矩阵的列表并非详尽无遗，只是为了便于说明而被提供。其他量子门包括以下项作为非限制性示例：pauli-x门、pauli-y门和pauli-z门、门、附加相移门、门、受控cx门、受控cy门和受控cz门，以及toffoli门、fredkin门、ising门和deutsch门。[0043]继续如图1所示，来自量子接口32的调制器34的适当配置的信号可以与量子位寄存器12的一个或多个量子位14物理交互，以便使任何期望的量子门运算生效。如上所述，期望的量子门运算是具体定义的表示量子位寄存器状态的复向量的旋转。为了实现期望的旋转o，量子接口32的一个或多个调制器可以在预定的持续时间ti内施加预定的信号电平si。在一些示例中，如图3所示，可以在多个顺序的持续时间或以其他方式关联的持续时间内施加多个信号电平，在量子位寄存器的一个或多个量子位上使量子门运算生效。通常，每个信号电平si和每个持续时间ti是通过控制器18a的适当编程可调节的控制参数。[0044]术语“预言机”在本文中用于描述可由量子计算机10执行的基本量子门和/或测量运算的预定序列。例如，预言机可用于转换量子位寄存器12的量子态以实现经典量子门运算或非基本量子门运算或实现应用密度算子。在一些示例中，预言机可用于制定预定义的“黑盒”运算f(x)，该“黑盒”运算可合并到复杂的运算序列中。为了确保伴随运算，预言机将n个输入量子位|x》映射到m个输出或辅助量子位|y》＝f(x)可以被定义为在n+m个量子位上运算的量子门在这种情况下，o可以被配置为传递n个输入量子位不变，但通过xor运算将运算f(x)的结果与辅助量子位组合，使得如下文进一步描述的，状态准备预言机是被配置为生成指定量子位长度的量子态的预言机。[0045]在本文的描述中隐含的是，可以通过量子接口32询问量子位寄存器12的每个量子位14，以便可靠地揭示表征该量子位的量子态的标准基向量|0》或|1》。然而，在一些实现中，物理量子位的量子态的测量可能会出错。因此，任何量子位14都可以实现为包括物理量子位组的逻辑量子位，该物理量子位组根据可靠地揭示逻辑量子位的量子态的错误纠正预言被测量。[0046]拓扑量子计算机[0047]在拓扑量子计算机中，每个量子位中的量子态是在物质的非阿贝尔拓扑相中观察到的两个或更多个可交织的准粒子或“任意子”的状态。不同任意子的世界线在量子力学上被禁止相交或合并。这一特征迫使它们的路径形成稳定的在时空中相互环绕的辫子。相对于其他类型的量子计算机中使用的俘获粒子，辫子上的任意子都更能抵抗量子退相干，所述量子退相干是量子计算中的错误来源。然而，拓扑量子计算机的实现需要能够设计合适的拓扑相并操纵其中的任意子。[0048]拓扑量子计算的早期实验侧重于夹在砷化铝镓(algaas)层之间并在强磁场中操纵的过冷薄层砷化镓(gaas)的二维“电子气体”。使用该架构实现量子计算机需要将单个准粒子激发与基于任意干涉测量的测量相结合的交织，包括在相当长的距离上的相干准粒子传输。[0049]最近提出的是一种似乎更适合实际实现的一维拓扑量子位架构。提出的系统使用半导体-超导体异质结构，其中，超导性、强自旋轨道耦合和磁场共同形成支持马约拉纳零模式(mzm)的拓扑超导状态。这种新架构通过采用“仅测量”方法消除了移动准粒子的需要，其中，一系列测量具有与交织操作相同的效果。这种架构不需要准粒子通过干涉测量回路移动，而是利用“费米子宇称保护拓扑相”(所提出的异质结构的实际属)和真正的拓扑相之间的区别。有利地，费米子宇称保护拓扑相中的拓扑电荷可以通过电子隧穿进入mzm的处理被操纵。通过mzm对的传输可以在存在大充电能量的情况下提供测量它们的组合拓扑电荷。[0050]鉴于这些和其他有用的性质，mzm可以用作拓扑量子计算机的量子位基础。mzm是在通过适当的磁场和栅极电压被调谐到拓扑状态的半导体超导体异质结构的末端被创建的。karzig等人的scalable designs for quasiparticle-poisoning-protected topological quantum computation with majorana zero modes,arxiv:1610.05289v4[cond-mat.mes-hall]21 jun 2017中描述了一系列实际实现。lutchyn等人的majorana fermions and a topological phase transition in semiconductor-superconductor heterostructures,arxiv:1002.4033v2[cond-mat.supr-con]13 aug 2010中描述了合适的异质结构材料和材料特性。示例实现包括量子位中的至少两个拓扑超导段，每个量子位总计至少四个马约拉纳零模式。与量子位的两个状态具有不同的能量的非简并量子计算架构相反，用于量子计算的状态将是量子位的简并基态。量子位态的简并性和马约拉纳零模式的空间分离确保了长相干时间和精确应用克利福德门集的可行性。[0051]图4示出了包括线性tetron阵列38的拓扑量子位架构的示例。线性tetron阵列包括包含经典超导体(诸如铝(al))的段40和42，包括半导体(诸如砷化铟(inas)或锑化铟(insb))的段44，以及多个mzm 46。非拓扑片段的长度lc远大于非拓扑区域对应的相干长度ξc，拓扑片段的长度lt远大于拓扑区域的相干长度ξ。图4中的虚线框表示线性tetron形式的单个量子位。额外的拓扑超导链接和半导体结构允许适当的测量来操纵和纠缠线性tetron。[0052]如图4所示的量子位结构很难按照实际量子计算所需的再现性程度被制造。由于材料或制造缺陷，一些候选结构可能无法在所需的拓扑状态下运行。即使对于在所需拓扑状态下运行的候选结构，也不能总是先验地预测量子位运算所需的适当终端偏置和磁场水平。因此，候选半导体-超导体异质结必须经过“预筛选”以获得适当的拓扑行为，并且在被合并到量子位寄存器中之前必须“调整”成功的异质结以查找适当的运算参数。[0053]方法概述[0054]本公开提供了一种用于对拓扑量子位的候选半导体-超导体异质结进行预筛选和调整的方法。该方法包括使用至少两个测量阶段然后进行分析来提取候选异质结的“拓扑间隙”(见下文)的过程。测量是在具有三个载流触点的装置上进行的，所述装置中的一个是超导的(此处为“三端装置”)。该方法的“映射”阶段包括可粗略识别有希望的区域的快速射频测量。随后的“细化”阶段包括对映射阶段中识别的每个有希望的区域执行较慢的亚rf(例如dc)测量。在一些示例中，该方法对两侧零偏置峰(zbp)数据使用基于密度的聚类算法来提取预测的拓扑区域并使用峰查找或机器学习对偏差轨迹进行分类。它通过检查zbp对截断器栅极电压变化的稳定性以及检查可疑拓扑区域边界处的间隙闭合来提高先前方法的准确性。zbp数据的元分析用于提取在相同制备的许多装置中查找到拓扑区域的概率。该特征可用于表征拓扑量子位结构的生长和/或制造方法。[0055]如本文所使用的，“错误肯定”将普通的系统识别为拓扑，而“错误否定”将拓扑系统识别为普通的。本文的技术通过在三端装置的两侧包括单独的zbp搜索来改进基本的zbp搜索，从而降低误报的概率。它还包括非局部测量以提取候选系统中的能隙，为检测拓扑间隙提供额外信息。最后，它包括具有预定义边界的参数空间区域内的非判别测量，从而排除了源自确认和选择偏差的错误肯定(如果测量区域是人为选择的，则可能发生这种情况)。[0056]图5示出了根据本文的方法评估的示例半导体-超导体异质结装置48的方面。一般而言，适用于测试的半导体-超导体异质结除了多个静电控制端子外，还包括至少三个支持电子导纳和电导测量的端子。图5的装置48是一个三端装置，包括通过普通超导体耦合到接地探针52的拓扑中间段50，以及耦合到半导体线的两端的两个普通探针54r和54l。这种几何结构允许同时测量中间段50两端的拓扑相的隧穿特征，用于与两侧的零偏置特征相关。此外，两个正常探针之间的非局部信号提供了有关拓扑片段扩展状态的最低能量的信息，这可以用作拓扑间隙的代理(例如，在足够长的半导体线中，非-本地信号设置在与导线中最低能量扩展模式对应的偏置值。)。因此，本文的方法不直接测量系统的拓扑特征，而是测量代理变量集，从分析计算和数值模拟可知，这些代理变量与拓扑不变量有很好的相关性。识别拓扑非普通区域的替代标准如下：[0057]1.相关的零偏置微分电导峰出现在装置的两侧，整个拓扑区域具有良好分离的马约拉纳。[0058]2.对于低磁场值，系统的主体是有间隙的。随着磁场的增加，主体间隙应该在拓扑区域中关闭并重新打开。可以通过非局部电导测量在三端子装置中检测导线主体中的能隙值。[0059]在参数空间中满足拓扑标准的区域内，主体间隙的大小会发生变化。在本公开的上下文中，术语“拓扑间隙”的操作含义是这种拓扑区域中的最大主体间隙的大小。[0060]为了能够区分拓扑系统和非拓扑系统，该方法必须正确识别理想化数值测试数据集中的拓扑区域。因此，本文的方法显示了拓扑识别区域和数值确定的拓扑索引之间的高度重叠(例如，如图10所示)。此外，该方法必须正确地将当前已知的错误肯定签名候选标记为非拓扑的。这些包括：[0061]1.由截断器、杂质或平滑势(例如，装置末端的准马约拉纳模式对)引起的普通的局部束缚态，它们是非拓扑零偏置峰的示例；[0062]2.无序引起的低能量子间隙状态(非拓扑零偏置峰和可能的意外间隙闭合/重新打开特征)；[0063]3.在有限大小系统中没有适当重新打开的普通的间隙闭合(例如，库仑阻塞系统)，其中，有限大小的间隙在小场处闭合并引起低能量状态的振荡(假间隙闭合/重新打开特征)；和[0064]4.由跨零能量的离散状态集引起的普通的类似关闭的特征(错误的间隙闭合/重新打开特征)。[0065]该方法减少此类错误肯定的方法是使用在大范围参数值上收集的数据。偶然的或微调的点不应该像拓扑相那样在参数值的变化下持续存在。此外，该方法关联了拓扑相的不同指标，因为以上两个标准都有待验证——即，零偏置电导峰必须同时出现在两端，并且系统需要在非局部电导中显示间隙闭合和重新打开功能。鉴于这些标准，可以正确识别上述误报，因为：[0066]1.上面列举的错误肯定1和2在非局部电导中缺乏间隙闭合/重新打开的特征；和[0067]2.错误肯定3和4在半导体线的两端缺乏相关且稳定的零偏置峰。[0068]不同类型的错误肯定的同时发生预计不会对参数空间的变化保持稳定。[0069]该方法的一个剩余问题是防止错误否定，这将在下面进一步解决。特别地，解决了将特征1和4与错误肯定区域相结合的具体构建示例，以及与强无序系统相关的示例。虽然无序会导致零偏差峰，但通常不会导致相关zbp的扩展区域。类似的稳定性要求排除了上述列举中的潜在错误肯定3。[0070]该方法遵循以下原则：[0071]1.方法必须保证上面列举的两个标准都可以被验证。[0072]2.需要尽可能宽的测量装置的参数空间，因为：[0073]a.拓扑相的存在和位置的初始不确定性可能很高。[0074]b.检查参数空间中零偏差峰的稳定性有助于排除可能的错误肯定。[0075]c.它减少了不必要的选择偏差。[0076]3.该方法应在合理的时间内(最多几天)内完成，并且在实现过程中需要最少的人为决策。[0077]4.非局部电导测量目前比局部测量慢得多，因此应仅限于有希望的候选区域，以便该方法可以在合理的时间内完成。[0078]5.对于给定的方法执行，测量序列应预先确定并具有有限长度，以防止开放式搜索，特别是在参数空间大的情况下，可能需要很长时间并可能引入选择偏差。仍然可以允许随着时间的推移改进测量序列，例如，通过应用先前运行中的经验教训。[0079]6.对于给定的方法执行，数据分析程序应在数据收集和检查之前确定，并应有预先确定的输出，以避免过度拟合和确认偏差，并保证方法有结果。同样，仍然可以允许数据分析码随着时间的推移而改进，例如，通过使用改进的算法并应用以前运行的经验教训。[0080]鉴于上述考虑，图6示出了示例方法56的方面来评估用于拓扑量子计算机的量子位寄存器的半导体-超导体异质结。方法56包括映射阶段58和细化阶段60。在一些示例中，映射和细化阶段可以单独制定——例如，以评估新的实验设置或实现方式的变化。[0081]映射阶段5 8和细化阶段60各自包括测量和分析。映射阶段包括正常超导体(ns)结导纳的快速rf测量62以提供映射数据。测量的量包括在偏置、场、柱塞和左/右截断器栅极电压的宽参数空间内的半导体线每一端的局部电导。在一些示例中，来自测量62的“映射数据”包括rf信号与场、左截断器、右截断器、柱塞和左偏置或右偏置的两个5d数据集。然后，相关数据分析64在参数空间中查找存在相关zbp的扩展区域。在一些示例中，分析64的输出包括4d参数空间(场、左截断器、右截断器、柱塞)中的“有希望”区域的列表，按照存在具有有限拓扑间隙的完整拓扑相的可能性排列那个区域。[0082]然后在细化阶段60中迭代地进一步研究以这种方式识别的每个有希望的区域。细化阶段包括使用锁定放大器并包括局部和非-局部电导的每个有希望的区域内的全电导矩阵的较慢的亚rf测量66。在一些示例中，来自测量66的“细化数据”包括作为偏差函数的每个有希望区域的全电导矩阵。关于全电导矩阵，特别是非局部电导的相关数据分析68来产生关于主体间隙行为的信息，用于根据上述标准将区域识别为拓扑。它还允许对每个拓扑区域内的间隙大小进行定量评估。在一些示例中，分析68包括基于局部和非局部电导的联合分析来确定每个测量区域内的拓扑相的边界(或不存在拓扑相)。此外，为每个区域确定拓扑间隙的值(如果有)。在细化阶段60中，可以以调整的范围和分辨率重复对有希望的区域的测量——例如，不是无限期地，而是仅在适当的情况下。因此，细化阶段60可以包括调节参数空间中的偏置范围和/或分辨率的严格调节的反馈回路。例如，反馈循环可以包括最多两次迭代。[0083]在完成细化阶段60时，识别具有拓扑相的最佳特性的区域。例如，可以通过大间隙和拓扑特征的高置信度的组合来定义该区域。为了进一步增加置信度，可以可选地执行对最佳区域的稳定性进行附加测试的附加验证阶段70。在一些示例中，验证阶段70包括通过检查zbp对截断器栅极电压变化的稳定性来验证细化阶段60中识别的区域中的zbp。这样的变化可以是任何期望的大小(包括大的变化)。此外，在半导体-超导体异质结是一系列类似地制备的半导体-超导体异质结中的一个的示例中，验证阶段可以包括跨系列的zbp数据的元分析。可以进行元分析以计算在其他类似地制备的半导体-超导体异质结中查找到拓扑区域的概率。[0084]如前所述，如图5所示，方法56中的测量是在三端装置上进行的。现在将继续参考该图来讨论对被测装置的一些限制。图5的装置48包括半导体线72，通常是纳米线。在一些实施方式中，半导体线可以包括选择性区域生长(sag)纳米线。在装置48中，半导体纳米线72被超导体74接近。超导体延伸到侧面，远离混合线。图5示出了mzm 75在装置48在拓扑机制中操作的场景中的代表性位置。超导体的“t”形不是必须的，垂直超导部分的宽度可以延伸到装置的整个长度l。正常触点54r和54l接触装置每一端的半导体线。触点52与超导体74耦合，形成具有三个端子的装置，适用于电传输测量。整个装置覆盖在介电层中(图中未显示)。静电截断器栅极76r和76l用于在半导体线72的每一端形成隧穿势垒。静电柱塞栅极78调节装置内部的化学势。[0085]在图示示例中，重要的尺寸包括：[0086]l：拓扑区域的最大长度，[0087]ls：将拓扑区域连接到引线接地超导体74的超导段的长度，[0088]w：半导体线72的宽度w(或更一般地，横截面)，[0089]lc：截断器栅极76和超导体74之间的距离，[0090]wc：每个截断器栅极76的宽度，[0091]ln:每个截断器栅极76和相关的正常引线54之间的间距。[0092]柱塞栅极78与半导体线72的距离对于杠杆臂和半导体线内的电位分布可能很重要，这也取决于所使用的介电材料。另一个变量是柱塞栅极78相对于半导体线的几何形状(包裹栅极对侧栅极)。如果柱塞栅极缠绕在半导体周围(包裹栅极)，那么杠杆臂会更大，这使得半导体导线内部的化学势能发生更大的变化。反过来，如果柱塞栅极与半导体线的耦合太强，则柱塞栅极上的小电压噪声将产生更大的影响，潜在地人为地加宽了半导体导线72内部的化学势。[0093]最重要的参数之一是接近半导体线的长度l。在这里，两种效应相互竞争。一方面，半导体线需要有足够的长度以避免有限尺寸效应，并使拓扑相变和相关zbp的特征清晰。另一方面，较长的导线会增加工作装置的生长或制造的实际难度，并且可能会降低非局部信号。特别地，当增加半导体线的长度时，将更难以确保半导体线中的充分均匀性以及不存在强缺陷(如与抑制邻近效应的超导体的不良接触)。目前对于超过2μm的装置可用的数据很少。从理论的角度来看，5ξ代表了有限尺寸效应被充分抑制的最小长度尺度(其中，ξ是拓扑相干长度)。即使在干净的线中，非局部信号也会随着半导体线长度的增加而受到抑制。上述问题将导致l的装置质量依赖上限，以便成功提取非局部信息。[0094]选择长度ls以抑制准粒子泄漏到中心引线。工作估计是ls》l0ξs，其中，ξs是超导体74的相干长度(对于无序的al，ls＝200nm)。在典型的实验中，ls可以达到毫米级，因此超过最小值几个数量级。[0095]实验证据表明，到截断器栅极76的距离lc必须远低于100nm，以避免虚假末端状态并实现高分辨率隧穿光谱。lc的最佳选择和截断器栅极的设计可以通过结合来自静电学、实际运输和制造能力的模拟被确定。作为占位符，可以使用要求lc《40nm。应该注意的是，截断器设计可以根据截断器的宽度wc和截断器与正常引线之间的距离而变化。对于insb线，可能需要减小截断器和正常引线之间的间距，因为这些线通常是关闭的，截断器也必须打开这部分线。[0096]请注意，线宽w的参数对于所公开方法的可行性不一定重要，但会影响从该方法获得肯定结果的可能性。例如，宽度控制通道的数量，数值模拟表明更少的通道有利于达到拓扑相。[0097]表1根据当前使用的材料总结了对装置几何形状的各种要求的当前估计，给出了对装置尺寸的估计材料特定要求。对于这些值，使用了最大间隙点处相干长度的以下估计值：ξ(insb/al)＝400nm，ξ(inas/al)＝300nm和ξs＝200nm。[0098]数量insb/alinas/all＞2.0μm＞1.5μmls＞2μm＞2μmlc＜40nm＜40nm[0099]为了获得具有足够大拓扑间隙的系统，必须选择适当的材料。然而，方法56与半导体线材料无关。虽然材料堆叠仍在研究中(理论上和实验上)，但目前的结果表明，具有势垒材料的inas和不具有势垒的insb是在合适的能量范围内获得拓扑间隙的有希望的选择。在一些示例中，25到200μev范围内的拓扑间隙可能适合支持拓扑量子计算机的运算。还设想了更窄和更宽的范围。[0100]因为铝在异质结构中产生了一个硬诱导间隙，在零场下没有亚间隙状态，所以当前选择的超导体是铝。同样，该方法在很大程度上与超导体的选择无关，只要相应地调整测量参数，例如，通过扩大较大间隙超导体的偏置扫描范围或基于在表1中示出的值调整装置的尺寸。[0101]电介质的选择很大程度上取决于所使用的sag材料堆。混合系统对给定材料堆可以暴露的温度设置了限制。在电介质击穿之前可以施加到静电栅极的最大栅极电压(击穿电压vbreak)是一个重要的材料量，对于给定的电介质层和sag材料系统，它最好是已知的，因为它设置了装置操作的基本限制。击穿电压既可以在测试装置上被测量，也可以通过标准电气特性(sec)测量被确定。如果实验可行，一个建议是在同一芯片附近制造与被测装置相同的装置，以测量实际的vbreak。[0102]现在回到图6、在对装置进行详细测量之前，可能会对装置进行鉴定，以确定其是否符合标准集。因此，方法56包括初始鉴定阶段80。如下所述，初始鉴定阶段可以包括对电导、隧穿光谱和时间稳定性的初步评估。[0103]关于装置电导，如果通过装置的所有三个端子之间的电阻《25kω，则该装置被认为是导通的，在高偏置电压vbias,high》2△下测量，其中，△是超导间隙。对于基于insb的装置，这可能需要首先通过向截断器栅极施加正电压来打开通道。关于栅极夹断，所有栅极电阻对地应》500mω。所有用于形成隧穿势垒(截断器)的栅极都必须单独夹断装置。为了测试栅极夹断，超导端子和相应的正常端子之间的电导被测量为高偏置下截断器栅极电压的函数。当电导达到《0.005e2/h时，装置被认为是夹断的。在某种程度上，用于调整拓扑段中化学势的柱塞栅极应该能够通过装置的电导被调整。使用下面进一步描述的隧穿光谱，柱塞栅极的效果可以在隧穿机制中最容易地被测试。因为所有测量都可以在相同的扫描方向上进行，所以截断器栅极和柱塞栅极的滞后是可以接受的。然而，如下文详述，要求在任一栅极上的磁滞回线之后，状态不会在栅极空间中发生可测量的偏移。[0104]关于隧穿光谱学，一旦截断器栅极被调谐到高偏置电导约为0.1e2/h的状态，电导作为偏置和栅极电压(柱塞栅极或隧穿栅极)的函数在零磁场下被测量。微分电导与偏置的峰应该在预期的感应超导间隙周围的偏置处清晰可辨，并且不应因栅极电压的小变化而改变位置(假设高偏置电导不会发生大量变化)。在零场和低于超导间隙的能量下，有限电导特征的数量应该很低，以减少错误肯定的可能性。理想情况下，零场电导迹线应该没有离散的子间隙状态特征。这可以通过要求平均子间隙电导低于高偏置电导的1/4被量化。[0105]关于时间稳定性，在隧穿效应中，高偏置电导应该是稳定的。这意味着电导在t＝10分钟的时间尺度上不应跳跃或漂移超过△g～0.2e2/h。关于rf响应，用于快速rf测量的谐振应针对特定装置进行识别，例如，通过比较开放与夹断状态下的谐振。对于需要快速测量的所有终端，一个谐振作为相应隧穿门函数的清晰响应应该是可见的。为了获得对电导变化的最佳灵敏度，有效的阻抗匹配是必要的。基于的典型装置电阻和大约200nh的谐振器电感值，装置的寄生电容应小于1pf以实现高灵敏度。[0106]简要地返回图6，映射阶段58的测量62可以包括电噪声和能量展宽的基准测试。因为由于测量设置导致的能量展宽将为可检测的拓扑间隙提供下限，所以此步骤很有价值。为确保电子噪声引起的展宽可忽略不计，1hz至500hz之间的积分电压噪声rms幅度应小于3μv。[0107]图7示出了用于rf反射计的示例测量设置的方面。在rf反射测量中，样本通过谐振器连接到传输线。采样电阻会改变谐振器与传输线的阻抗匹配，从而改变发送到线路中的rf信号的反射系数。该装置的两条正常导电引线中的每一条都连接到用于rf反射测量的谐振器，该谐振器左侧和右侧分别具有谐振频率fl,res和fr,res。左右两侧的这些谐振器的频率差应大于每个谐振器的线宽。中频(if)源在读出系统的频率带宽内产生rf脉冲。这些脉冲被上变频到与装置相连的谐振器的频率范围。为此，具有高(》30db)载波抑制的混频器将if信号与局部振荡器(lo)信号混合。lo频率必须消除采集系统fadc的带宽与谐振器频率fl,res和fr,res两者之间的频率差。[0108]如果rf源没有单独的i和q输出，则必须滤除上变频边带之一。这可以通过选择flo》max fl,res,fr,res来完成，并在上变频混频器和冰箱的输入端口之间安装一个截止频率＝flo的低通滤波器。信号从样本反射后，会通过一个低噪声放大器。然后，它通过混频器使用原始lo信号进行下变频，低通滤波到采集系统的带宽，然后发送到采集系统的输入端。[0109]为了使用rf反射计测量局部电导，反射的rf信号值必须针对直接测量的差分电导进行校准，例如在低频下使用锁定放大器。由于这是可以与实际测量并行执行的依赖样本的过程，因此在下文中将其与测量操作一起进行描述。[0110]为了受益于快速采集速率，装置上的栅极和偏置电压扫描由硬件触发，以最大限度地减少软件通信所花费的时间(通常约为10ms)。这可以在与采集系统同步的硬件触发二维扫描中完成。一个电压以锯齿函数斜升并在每个斜升期间采样n次，而第二个电压在较快的斜升的m个周期期间以较慢的速率进行，从而导致n×m点扫描。为了与施加在触点和栅极上的电压的dc值兼容，这些电压扫描应用于低通滤波dc线路。最快的斜升速率必须低于冰箱线中低通滤波器的截止频率，通常为1khz。[0111]详细映射阶段58[0112]图8示出了测量半导体-超导体异质结的射频(rf)结导纳以获得映射数据的其他方面。图8的方法62a示出了通过rf反射计对局部电导的快速测量，因为它允许基于zbp的相关性快速表征装置和识别拓扑区域的候选，所以所述快速测量为了满足上文指定的两个拓扑间隙标准中的第一个而制定。这些区域的识别为细化阶段60的非局部测量奠定了基础。三端装置的快速局部测量与传统ns结的快速测量密切相关。[0113]在方法62a的82，将磁场设置为0t。在84，对于三端子装置的每一侧，反射的rf信号在大偏置电压(例如，1mv)下被测量为根据估计的谐振频率(每侧100mhz)附近的频率而变化和从开放通道设定点(即inas通常为0v，insb通常为1v)到超过完全夹断电压的100mv的相应截断器电压。谐振频率fres被识别为作为截断器栅极电压函数的信号变化最大的频率，并且在反射信号中作为频率的函数的下降的截断器电压vtunn.res具有最小绝对值。[0114]在86，频率固定在fres，并且满足以下三个条件的截断器电压范围vc,min到vc,max被确定：[0115]a.通过磁滞回线后测量的再现性来衡量的该范围是无磁滞的。[0116]b.测得的远高于超导间隙(例如，对于al，在1mv)的局部电导在0.05e2/h和0.2e2/h之间。[0117]c.通过标准低频锁定放大器技术测量的非局部电导信号高于噪声水平。[0118]对于柱塞和截断器(几何形状和材料特定)之间的显着静电串扰，可以针对柱塞-栅极电压的不同值重复该步骤。[0119]在88，rf读出功率被优化。在一些示例中，该动作包括在截断器空间中查找一个显示具有明确定义的相干峰的明显间隙的区域。为此，扫描在样本(冰箱底部)测量的每侧的rf读出功率(从-80dbm到-130dbm，步长为1db)。对于每个rf功率，在从-1.5△0到1.5△0(△0是母超导体的间隙，导致al的偏置范围为-350μv到350μv)的相应侧进行偏置电压的快速扫描，最大步长为5μv并测量反射的rf信号。对于每一侧，查找不会扩大测量特征的最大rf功率，例如，相干性峰，并设置为工作rf功率。[0120]在90，磁场角被校准为平行于半导体线。为此，将磁场设置为对于平行于半导体线的场，超导间隙不闭合，但对于垂直于半导体线的场，该磁场的尺寸大大减小的值，例如，对于inas和insb sag为500mt。磁场角度围绕线几何形状的预期值进行扫描，对于每个角度值，装置一侧的偏置从-1.5△0扫描到+1.5△0(al为-350μv到+350μv)，最大步长为5μv。然后测量反射的rf信号。视场角被设置为产生最大间隙尺寸的角度。这里的目标是在方位角和极角两者中的对准精度都优于2°。[0121]在92，确定超导体主体间隙闭合的最大磁场bmax。在94，以100mt的步长从0t到bmax扫描磁场以执行rf-dc校准。对于每个场值，执行以下附加校准。[0122]在96，测量最佳rf读出频率。这可以通过重复步骤84来完成。然而，一旦已经识别出读出频率，就可以采用更快的方法。在一个示例中，截断器栅极电压被设置为vc,res，其中，作为频率函数的反射rf信号中的下降在零场处具有最小绝对值。rf反射信号被测量为从50mhz到查找最新场值的谐振频率的每一侧的rf频率的函数。查找最接近先前发现的下降的rf信号幅度下降并将rf信号幅度下降设置为rf读出频率。该测量的结果可以保存到数据库中。[0123]在98，测量rf-dc校准曲线。在每一侧，偏置电压被设置为高偏置(例如，al为1mv)，以高于超导间隙。各个截断器栅极电压从开放通道设定点(即inas通常为0v，insb通常为1v)扫描到夹断电压以外的100mv。对于每个截断器电压，使用相应侧的锁定放大器测量局部电导以及反射的射频信号。该测量结果保存到数据库中，以便稍后建立反射射频信号和电导之间的校准函数。[0124]在100，磁场再次被设置为0t。在102，磁场以△b的步长从0t斜升到bmax。场步△b取决于g因子，并且使得可以跟踪随场移动的状态。inas或insb sag的合理范围是10mt《△b《50mt。对于场的每个值，执行以下附加步骤。[0125]在104，截断器栅极电位从nc＝每侧独立15步中的vc,min扫描到vc,max，以产生总共2nc个配置。当用于截断器柱塞串扰的杠杆臂和截断器栅极扫描的范围足够小以至于不会改变有效柱塞电压超过柱塞电压步长的大小时，这种独立扫描对于局部电导测量是合理的。对于每个截断器栅极配置，执行以下测量。电压限值vc,min和vc,max在86被确定。[0126]在106，对每一侧的柱塞电压和偏置电压进行快速扫描。柱塞电压从vp,max被扫描到vp,min。柱塞边界因材料而异，并受击穿电压上限和下限(在击穿电压vbreak的80％停止)和感兴趣区域的可能范围的限制。后者的范围从完全无间隙状态到完全耗尽状态，并且需要理论输入。柱塞扫描的分辨率需要足以解决跨间隙的单个子间隙状态(取决于杠杆臂)。对于柱塞栅极的每个值，该端子的偏置电压从-1.5△0扫描到+1.5△0(al为-350μv到+350μv)，分辨率不大于5μv。反射的rf信号被测量为柱塞和偏置电压的函数。生成的二维扫描被保存到数据库中。[0127]作为方法62a的输出而生成的映射数据包括以下内容：[0128]1.一个校准数据集，由左侧和右侧的两个2d截断器场扫描组成。对于该扫描的每个点，测量三个参数：rf同相分量、rf异相分量和相应侧的电导。[0129]2.一个测量数据集，包括两个5d场-左-截断器-右截断器-柱塞-偏置扫描，其中，偏置扫描在左侧和右侧进行。对于此扫描的每个点，测量两个参数：rf同相分量和rf异相分量。[0130]此阶段数据分析的目标是识别参数空间中可能包含完整拓扑相的有希望的区域。图9示出了通过分析映射数据来查找与半导体-超导体异质结的完整拓扑相一致的参数空间的一个或多个区域的其他方面。[0131]在方法64a的108，使用校准数据集将rf信号输入转换为电导以定义传递函数。在110，(场、柱塞、截断器)参数空间中的每个点被分类为(可能)拓扑或普通的，使用各自左终端和右终端的从那个点测量的偏置轨迹的局部电导gll、grr作为输入。在一个示例中，分类可以检查两条电导轨迹中是否存在zbp。[0132]映射数据的分析包括对两侧zbp数据的基于密度的聚类。查找已被分类为拓扑的112个点簇，并过滤掉在参数空间中的体积或形状被认为与拓扑相不相容的簇。在一些示例中，柱塞电压-磁场空间中的簇体积必须大于0.03v×t。在过滤中幸存下来的簇是存在拓扑相的有希望的区域。在一些示例中，该步骤可以使用针对每个2d柱塞场扫描的基于密度的聚类被实施，并且可以排除延伸到零磁场的区域。在114，有希望的区域按照它们包含拓扑相的可能性进行排序。在一些示例中，排名分数由每个簇的平均柱塞栅极电压确定，优先级与更多负栅极电压相关联。[0133]图10示出了根据方法64a的映射数据分析的方面。使用长度为l＝3μm并且平均自由路径为3μm的insb/al纳米线的模拟数据集说明和验证了该分析。从左到右作为柱塞栅极(v)和磁场(t)的函数，该图示出：根据散射矩阵计算的拓扑指数q；二进制阵列，其中，1与装置两侧的zbp对应；和聚类的zbp布尔数据，簇颜色与相应簇的分数(越小越好)对应。有了这些数据，就可以查找包含真实拓扑区域的区域，以进行进一步分析。[0134]在方法56的映射阶段58中执行的数据分析的结果确定在随后的细化阶段60中将要进行的测量。对于上述排序中的每个有希望的区域，指定了包围该区域的场范围、柱塞和截断器值作为细化阶段的输入。在一些示例中，可以在排序顺序中对各个识别的区域执行细化阶段。有必要尽量减少映射阶段测量结束和细化阶段测量开始之间的等待时间，以最大限度地减少栅极漂移、栅极跳跃和其他问题的影响。出于这个原因，以高效的方式执行上述数据分析是重要的。请注意，在rf测量阶段生成的原始数据可能非常大：此类现有rf数据集的总大小超过100gb，缩减和分析需要几个小时。因此，重要的是要有数据管道，以使数据可以快速用于计算簇上的分析，以避免方法执行中的瓶颈。请注意，流水线的实施可能需要针对在不同地点进行的测量的不同解决方案。数据的采集、传输和分析也应尽可能并行。例如，因为数据分析需要单独的偏置轨迹作为输入，所以上述数据分析的第一步可以与数据获取并行发生。[0135]详细的细化阶段60[0136]如图11所示，可以使用标准的低频锁定放大器技术来测量正在评估的装置的差分电导，。全电导矩阵是通过在左右端子54分别施加dc偏置电压vbias,l/r和ac电压δvl/r以及两种不同的ac激励频率fi和fr来测量的。这些频率必须低于系统中的低通滤波器截止值，并且足够低到以最大限度减少寄生电容效应。为确保这一点，电流针对电压激励的相移必须小于10°。流向左侧或右侧的同相ac电流δil/r是在中间超导引线接地的情况下测量的。与其他两条线路的电阻相比，接地连接必须是低欧姆，(即，通常小于几kq)以抑制寄生分压器效应。为此，可以相应地设计低通滤波器，或者超导引线可以在pcb级别接地(冷地)。[0137]这种三端子设置允许测量左(l)和右(r)端子之间的电导矩阵g的所有四个元素：[0138][0139]电导矩阵元素gll＝dil/dvl和grr＝dir/dvr被称为“局部电导”，元素glr＝dil/dvr和grl＝dil/dvr被称为“非局部电导”。[0140]用于细化测量的输入66包括空间(截断器栅极、柱塞栅极、场)中的区域，该区域是进一步研究的候选。在一些示例中，柱塞栅极/场空间中的区域的大小可以增加20％，以确保细化测量完全捕获每个区域周围的拓扑相变。[0141]图12示出了测量一个或多个参数空间的映射区域中的每一个中的半导体-超导体异质结的亚rf电导的附加方面，以得到细化数据。特别地，方法66a描述了适用于提取半导体-超导体异质结的能隙的局部和非局部电导测量。[0142]在方法66a的116处，将磁场设置为候选区域中的最小场值。该场应足够低，以使诱导间隙仍然打开，以便观察它是否在候选区域中关闭。在118，例如在候选区域中，将截断器栅极设置为其中值。在120，对vl和vr的小偏置电压偏移进行校正(参见图11)，以确保局部和非局部信号的反对称分量的提取是直接的。这可以通过在vl-vr参数空间中查找总和绝对电流(|il|+|ir|)的最小值来实现。在122，磁场在候选区域中以△b的步长斜升。对该场的每个值，如下所述执行偏置柱塞扫描。[0143]在124，柱塞电压被设置为将被探索的区域中的最大柱塞电压(vp,max)。柱塞电压以步长△vp从vmax扫描到将被探索的区域中的最小柱塞电压vp,min。在其他示例中，可以沿相反方向扫描柱塞电压。对于每个柱塞电压值，左侧端子上的偏置电压以步长5μv从-50μv扫描到+50μv。如果数据表明拓扑间隙在此窗口之外，则以更大的窗口大小重复扫描。生成的二维扫描被保存到数据库中。[0144]由较慢的全电导矩阵测量生成的细化数据是每个候选区域的数据集。每个数据集由两个3d场柱塞偏置扫描组成，其中，偏置分别在左侧和右侧进行扫描。对于扫描中的每个点，测量两个参数：左侧和右侧的电导。在一些示例中，每个电导可以包括装置对应侧的全电导矩阵。[0145]图13示出了通过分析细化数据来针对在方法66a中被询问的参数空间的一个或多个区域中的至少一个区域查找完整拓扑相在参数空间中的边界和半导体-超导体异质结的拓扑间隙的其他方面。在一些示例中，所示方法针对每个有希望的区域迭代地执行。[0146]在方法68a的126，重复方法64a的步骤110以验证测量区域仍然有希望，并且可能调整候选拓扑区域的边界。此时，细化数据的分析包括验证参数空间的一个或多个区域的每个区域的边界处的间隙闭合。在128，基于非局部电导信号来执行检查以确定有希望区域的边界的哪一部分是无间隙的。在130，区域j内每个点i的间隙大小△(j)通过对非局部电导进行阈值化被提取。在132，基于无间隙边界的范围以及在候选拓扑区域内的间隙的值，为该区域分配一个分数。分数反映了有希望的区域确实是拓扑的并且有间隙的可能性。在一些示例中，分数s由si＝x·中位数i(△(j))定义。在134，获得每个拓扑区域内的最大间隙，以及误差的估计值。在一些示例中，误差条由最大间隙点处非局部电导阈值的不确定性决定。[0147]该分析的输出包括与方法56的映射阶段58中识别的区域相对应的概率集，即，托管完整拓扑相的概率。与每个概率相关的是每个(非普通)区域内的最大(拓扑)间隙。图14示出了根据方法68a来使用与图10中相同的模拟来分析细化数据的方面。从左到右为：从非局部数据中提取的间隙；定义为区域内的平均间隙乘以无间隙边界的百分比的zbp簇的分数；和与中间图相同但平均间隙被该区域的中位数间隙取代的zbp簇的分数。该区域内的最大间隙为175μev。因此，整个方法56的输出是对每个有希望的区域中的拓扑间隙的值及其在探索的参数空间中的位置的估计。[0148]错误肯定和错误否定的详细示例[0149]准-马约拉纳的一个可能问题是它们可以作为真正拓扑机制的前兆出现。这意味着拓扑区域可以(在参数空间中)与非拓扑准马约拉纳状态直接相邻。在这种情况下，当前对相关zbp区域进行聚类的算法可以识别在映射阶段过大的区域。换句话说，在包含拓扑区域的同时，包括一些准马约拉纳状态的识别的区域可以延伸得更远。在这种情况下，要么将过多的参数空间识别为拓扑，要么由于准马约拉纳机制中没有间隙闭合/重新打开而无法识别拓扑区域，因此细化阶段的当前分析被设置为失败。[0150]该问题的解决方案是在细化阶段实现另一种聚类算法，该算法在参数空间(特别是在场-柱塞空间)中识别间隙闭合/重新打开特征的线，然后确定这些线与相关zbp区域的交点来查找拓扑相。请注意，这主要是细化阶段的数据分析问题。映射阶段仍然适用于识别在细化阶段更仔细检查的有希望的数据区域。[0151]数据分析中的不稳定行为可能是由于截断固定截断器电压的数据造成的。通过在细化数据分析68中使用一个或两个截断器栅极电位作为附加维度，可以提高稳定性。这应该会改善聚类并更好地利用可用的数据集。[0152]以下示例解决了半导体导线末端的平滑电位，这些电位与准马约拉纳和错误否定相关。长期不均匀性(平滑的电位变化)的存在会使观察间隙闭合/重新打开的特征变得更加困难，从而导致错误否定。有趣的是，平滑的电位变化也是人们期望准马约拉纳模式的机制。这里讨论了两种效应之间的相互作用。[0153]出现准马约拉纳模式的典型场景是当系统调整接近但在拓扑相之外时。具体来说，考虑一个示例，在固定磁场下，化学势μ小于进入拓扑相所需的临界化学势μc。平滑的电位变化可以解释为空间变化的化学势μ(x)＝μ0v(x)，其中，v(x)是电位。在上述情况下，如图15所示，接近半导体线的(此处为右)端的电位下降是可能的，以将系统局部调整到拓扑状态μ(x)》μc，这导致了局部马约拉纳模式对。后者表明在低得多的场中右端的局部电导作为半导体线主体中的拓扑相变(当下可以通过在没有平滑电位变化的另一(左)端的局部电导被读取)。[0154]图15示出了1d模型中半导体线右端的平滑电位的影响。左：通过半导体线的自能(橙色，上图)实现的超导壳的电位(下图)和位置的空间依赖性。右：包括非局部电导的反对称部分的电导矩阵。请注意，非局部电导中没有间隙重新打开功能。相变的唯一特征是弱马约拉纳振荡的开始。[0155]具体地，在图15的示例中，固定化学势下的相变为bc≈2.7t。在方法56中，因为在非局部电导中没有间隙闭合和重新打开特征，所以由于准马约拉纳模式导致的出现在b≈1t附近的zbp将被正确地标记为非拓扑。然而，即使在拓扑相变中，也没有可见的间隙闭合/重新打开特征。原因是右侧平滑势下的系统部分已经经历了相变，因此在b穿过bc时出现间隙。因为它们仅渐逝地耦合到右引线，所以这抑制了相变时主体模式的信号。请注意，在这个特定模型中，拓扑间隙为100μev，因此比我们在实际系统中预期的要大。对于较小的间隙，非局部信号变得更大，从而增加间隙闭合/重新打开特征的强度。尽管如此，由于有限尺寸振荡的信号也会变得更强，因此仍然难以观察间隙闭合/重新打开。[0156]总之，虽然半导体线末端的准马约拉纳模式不会导致非局部电导中的错误肯定特征，但一旦系统调整到拓扑相，准马约拉纳模式的存在会增加错误否定的机会。[0157]第二个示例解决了与错误肯定相关的半导体线中心的平滑电位。在这里，我们讨论了唯一确定的示例，该示例可以在半导体线的两端具有zbp，并且非局部电导中的一个重要特征可以解释为间隙闭合(并可能重新打开)，而大部分系统是非拓扑的。[0158]该设置在图16中被描绘。半导体线的主体被调整为非拓扑，而半导体线中心的平滑电位凸块达到电位的拓扑状态。因此可以想到马约拉纳零模式对在半导体线的中心成核。虽然对于分离良好的马约拉纳模式来说选择的中心区域太小，但电位的平滑度可能会导致半导体线中心的接近但弱耦合的准马约拉纳模式。[0159]如图16所示，由于有限尺寸效应，相应的零模式可以作为在每一端的电导中的相关zbp被探测。此外，由于中心的低能模式与两侧重叠，它们也有助于非局部电导，这可能被误解为间隙闭合。[0160]图16示出了1d模型中半导体线中心处平滑电位的影响。左：通过半导体线的自能(橙色，上图)实现的超导壳的电位(下图)和位置的空间依赖性。右：包括非局部电导的反对称部分的电导矩阵。请注意，由于有限尺寸效应，在中心区域成核的准马约拉纳模式作为相nonlocal conductance signature of topological phase transitions,phys.rev.b 97,045421(2018).[0170]jeroen danon,anna birk hellenes,esben bork hansen,lucas casparis,andrew p.higginbotham,和karsten flensberg,nonlocal conductance spectroscopy of andreev bound states:symmetry relations and bcs charges,arxiv:1905.05438[cond-mat](2019),arxiv:1905.05438[cond-mat].[0171]g.c.menard,g.l.r.anselmetti,e.a.martinez,d.puglia,f.k.malinowski,j.s.lee,s.choi,m.pendharkar,c.j.palmstrom,k.flensberg,c.m.marcus,l.casparis,和a.p.higginbotham,conductance-matrix symme-tries of a three-terminal hybrid device,arxiv:1905.05505[cond-mat](2019),arxiv:1905.05505[cond-mat].[0172]davydas razmadze,deividas sabonis,filip k.malinowski,gerbold c.menard,sebastian pauka,hung nguyen,david m.t.van zanten,eoin c.t.o’farrell,ju-dith suter,peter krogstrup,ferdinand kuemmeth,和charles m.marcus,radio-frequency methods for majorana-based quantum devices:fast charge sensing and phase-diagram mapping,phys.rev.applied 11,064011(2019).[0173]miteq afs4-00100800-14-10p-4。[0174]结论[0175]总之，本公开的一方面涉及评估用于拓扑量子计算机的量子位寄存器的半导体-超导体异质结的方法。该方法包括：测量半导体-超导体异质结的射频(rf)结导纳以获得映射数据；通过分析映射数据来查找与半导体-超导体异质结的完整拓扑相一致的参数空间的一个或多个区域；在参数空间的一个或多个区域的每一个中测量包括半导体-超导体异质结的非局部电导的亚rf电导以获得细化数据；以及通过分析细化数据，针对参数空间的一个或多个区域中的至少一个区域查找完整拓扑相在参数空间中的边界和半导体-超导体异质结的拓扑间隙。[0176]在一些实施方式中，映射数据的分析包括对来自半导体-超导体异质结的相对端的零偏置峰数据进行基于密度的聚类。在一些实施方式中，该方法还包括通过检查一个或多个区域中的每个区域中的零偏置峰(zbp)对截断器栅极电压变化的稳定性来验证zbp。在一些实施方式中，细化数据的分析包括验证在参数空间的一个或多个区域中的每一个的边界处的间隙闭合。在一些实施方式中，半导体超导体异质结是一系列类似制备的半导体-超导体异质结之一，该方法还包括对整个系列的零偏置峰数据进行元分析，以计算在另一个类似制备的半导体-超导体异质结中查找到拓扑区域的概率。在一些实施方式中，测量亚rf电导包括进行适合于提取半导体-超导体异质结的能隙的局部和非局部电导测量。在一些实施方式中，半导体-超导体异质结包括半导体线和在半导体线的相对端处支持导纳测量和电导测量的至少三个端子。在一些实施方式中，半导体-超导体异质结包括多个静电控制端子。[0177]本公开的另一方面涉及一种被配置为评估用于拓扑量子计算机的量子位寄存器的半导体-超导体异质结的仪器。该仪器包括：控制器，具有处理器和可操作地耦合到处理器的计算机存储器，该控制器被配置为：测量半导体-超导体异质结的射频(rf)结导纳以获得映射数据；通过分析映射数据来查找与半导体-超导体异质结的完整拓扑相一致的参数空间的一个或多个区域；在参数空间的一个或多个区域的每一个中测量包括半导体-超导体异质结的非局部电导的亚rf电导以获得细化数据；并通过分析细化数据，针对参数空间的一个或多个区域中的至少一个区域查找完整拓扑相在参数空间中的边界和半导体-超导体异质结的拓扑间隙。[0178]在一些实施方式中，控制器被配置为使用基于密度的聚类对来自半导体-超导体异质结的相对端的零偏置峰数据进行分析。在一些实施方式中，控制器还被配置为通过检查一个或多个区域中的每个区域中的零偏置峰(zbp)对截断器栅极电压变化的稳定性来验证zbp。在一些实施方式中，控制器被配置为通过验证参数空间的一个或多个区域中的每一个的边界处的间隙闭合来分析细化数据。在一些实施方式中，半导体-超导体异质结是一系列类似地制备的半导体-超导体异质结中的一个，其中，控制器被配置为对整个系列的零偏置峰数据进行元分析，以计算在另一个类似制备的半导体-超导体异质结中查找到拓扑区域的概率。在一些实施方式中，仪器可操作地耦合到rf导纳测量装置和亚rf电导测量装置。[0179]本公开的另一方面涉及一种用于构建拓扑量子计算机的方法。该方法包括：制造具有至少三个端子的半导体-超导体异质结，该端子被配置为支持电子导纳测试；测量半导体-超导体异质结的射频(rf)结导纳以获得映射数据；通过分析映射数据查找与半导体-超导体异质结的完整拓扑相一致的参数空间的一个或多个区域；在参数空间的一个或多个区域的每一个中测量包括半导体-超导体异质结的非局部电导的亚rf电导以获得细化数据；通过分析细化数据，针对参数空间的一个或多个区域中的至少一个区域查找完整拓扑相在参数空间中的边界和半导体-超导体异质结的拓扑间隙；如果查找到的边界和拓扑间隙在各自的预定义范围内，则将半导体-超导体异质结合并到拓扑量子计算机的量子位寄存器中。[0180]在一些实施方式中，映射数据的分析包括对来自半导体-超导体异质结的相对端的零偏置峰数据进行基于密度的聚类。在一些实施方式中，该方法还包括通过检查一个或多个区域中的每个区域中的零偏置峰(zbp)对截断器栅极电压变化的稳定性来验证zbp。在一些实施方式中，细化数据的分析包括验证在参数空间的一个或多个区域中的每一个的边界处的间隙闭合。在一些实施方式中，半导体-超导体异质结是一系列类似地制备的半导体-超导体异质结中的一个，该方法还包括对整个系列的零偏置峰数据进行元分析，以计算在另一个类似制备的半导体-超导体异质结中查找到拓扑区域的概率。在一些实施方式中，表征参数空间中的边界的一个或多个值被用作用于寻址量子位寄存器中的半导体-超导体异质结的调谐参数。[0181]本公开的另一方面涉及一种提取拓扑相的两个阶段的方法。重要的是，这包括分阶段分离，因此映射阶段允许广泛搜索参数空间，同时仍会产生错误肯定，而细化阶段允许从映射阶段缓慢扫描感兴趣的区域以清除错误肯定。本公开的另一方面涉及在两侧zbp数据上使用基于密度的聚类算法来提取预测的拓扑区域。重要的是，这包括用于此目的的聚类算法。它被认为是查找有希望的区域的第一个系统方法。本公开的另一方面涉及rf和dc电导之间的映射，以用于rf测量中的快速电导提取。重要的是，这包括使用映射来绕过dc电导测量，并且仍然提取相同的数据，但由于更快的rf技术，速度要快得多。本公开的另一方面涉及使用峰查找或机器学习对偏置轨迹进行分类。重要的是，这包括拓扑轨迹的机器学习和峰查找效果的统计表征。本公开的另一方面涉及从非局部电导轨迹中提取间隙，特别是使用偏置轨迹连同实验噪声或滤波和平滑偏置/场扫描。重要的是，这包括自动间隙提取。本公开的另一方面涉及通过检查可疑拓扑区域的边界处的间隙闭合来提高先前方法的准确性。重要的是，这包括应用从数据中提取间隙以将区域分类为拓扑/普通的区域。本公开的另一方面涉及zbp数据的元分析以提取在相同制备的许多装置中查找到拓扑区域的概率。这可以用于通过拓扑相图来表征生长/制造方法。本公开的另一方面涉及使用上述任何一种来调整拓扑量子计算机的量子位。[0182]应当理解，这里描述的配置和/或方法本质上是示例性的，并且这些特定实施例或示例不应被认为具有限制意义，因为许多变化是可能的。本文描述的特定例程或方法可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个。这样，所示和/或描述的各种动作可以以所示和/或描述的顺序、以其他顺序、并行或省略被执行。同样，可以改变上述处理的顺序。[0183]本公开的主题包括各种处理、系统和配置的所有新颖和非显而易见的组合和子组合，以及本文公开的其他特征、功能、动作和/或属性，以及其任何和所有等同。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!